El telescopio espacial AKARI detecta el agua en varios asteroides

Figura 1: Una ilustración artística de la observación espectroscópica de los asteroides en el infrarrojo cercano con el satélite infrarrojo AKARI. Mediante el uso de un telescopio espacial, el equipo pudo detectar con éxito la presencia de agua en muchos asteroides. Crédito: Universidad de Kobe

Utilizando el satélite infrarrojo AKARI, un equipo de investigación japonés detectó la existencia de agua en forma de minerales hidratados en varios asteroides por primera vez. Este descubrimiento contribuirá a nuestra comprensión de la distribución del agua en nuestro sistema solar, la evolución de los asteroides y el origen del agua en la Tierra. 

Los hallazgos fueron realizados por el equipo liderado por el Profesor Asistente del Proyecto Fumihiko Usui (Escuela de Graduados de Ciencias, Universidad de Kobe), el Investigador Principal Asociado Sunao Hasegawa, el Asociado de Investigación del Proyecto Aeroespacial Takafumi Ootsubo (Instituto de Ciencia Espacial y Astronáutica, Japón Exploración Aeroespacial Agencia), y el profesor emérito Takashi Onaka (Graduate School of Science, Universidad de Tokio). Los resultados se publicaron el 17 de diciembre en la edición en línea de Advanced Access de Publicaciones de la Sociedad Astronómica de Japón. 

Nuestra Tierra es un planeta acuático, y es el único planeta en nuestro sistema solar donde se ha confirmado la presencia de agua en la superficie del planeta. Sin embargo, aún no estamos seguros de cómo nuestra Tierra adquirió el agua. Estudios recientes han demostrado que otros cuerpos celestes en nuestro sistema solar tienen, o solían tener, agua de alguna forma. Los asteroides son considerados como uno de los candidatos que trajeron agua a la Tierra. Teniendo en cuenta que el agua líquida no fluye sobre la superficie de los asteroides, sino que se retiene en los asteroides como minerales hidratados, que fueron producidos por reacciones químicas del agua y rocas anhidras que ocurrieron dentro de los asteroides, es decir, por alteración acuosa. Los minerales hidratados son estables incluso por encima de la temperatura de sublimación del hielo de agua. Por lo tanto, al buscar minerales hidratados, podemos investigar si los asteroides tienen agua. 

Las longitudes de onda infrarrojas contienen características espectrales características de varias sustancias, como moléculas, hielo y minerales, que no se pueden observar en las longitudes de onda visibles. Por lo tanto, es indispensable observar en longitudes de onda infrarrojas para el estudio de los objetos del sistema solar. Los minerales hidratados exhiben características de absorción diagnósticas de alrededor de 2.7 micrómetros. La absorción de vapor de agua y dióxido de carbono en la atmósfera terrestre nos impide observar esta longitud de onda con telescopios terrestres. Es absolutamente necesario hacer observaciones desde fuera de la atmósfera, es decir, en el espacio. Sin embargo, las observaciones con telescopios espaciales han sido escasas; el Observatorio del Espacio Infrarrojo (ISO), lanzado en 1995, no tenía la sensibilidad suficiente para realizar la espectroscopia de asteroidestenues y el Telescopio Espacial Spitzer, lanzado en 2003, no tuvo una cobertura de este rango de longitud de onda. Por esta razón, no se ha entendido completamente cuánta agua contiene los asteroides. 

El satélite infrarrojo japonés AKARI, lanzado en febrero de 2006, estaba equipado con la cámara infrarroja (IRC) que nos permitió obtener espectros en longitudes de onda de infrarrojo cercano de 2 a 5 micrómetros. Usando esta función única, se llevaron a cabo las observaciones espectroscópicas de 66 asteroides (figura 1) y se obtuvieron sus espectros de infrarrojo cercano. Esto brinda la primera oportunidad de estudiar las características de los minerales hidratados en los asteroides en torno a la longitud de onda de 2,7 micrómetros. 

Las observaciones detectaron absorción, que se atribuyeron a minerales hidratados para asteroides de tipo C 17 (figura 2). Se creía que los asteroides de tipo C, que parecen oscuros en las longitudes de onda visibles, son ricos en agua y material orgánico, pero las observaciones actuales con AKARI son las primeras en confirmar directamente la presencia de minerales hidratados en estos asteroides. La resistencia a la absorción detectada a alrededor de 2,7 micrómetros varía para cada asteroide, y algunos muestran características de absorción de otras sustancias, como el agua helada y el material rico en amoníaco, alrededor de 3,1 micrómetros. 

Figura 2: Espectros de asteroides en el infrarrojo cercano obtenidos de las observaciones de AKARI. Esto muestra 6 ejemplos de asteroides tanto de tipo C como de tipo S Puede ver claramente la absorción en longitudes de onda de alrededor de 2,7 micrómetros (indicadas por las flechas verdes) atribuidas a minerales hidratados. También puede ver firmas de hielo de agua o material rico en amoníaco a aproximadamente 3,1 micrómetros (indicado por las flechas azules). Los datos mostrados en esta figura son los espectros reflejados de la luz solar por la superficie de los asteroides. Crédito: Universidad de Kobe

Al examinar los asteroides de tipo C con más detalle, el equipo de investigación descubrió una clara relación entre la longitud de onda de la absorción más profunda y la profundidad de la absorción para la característica de 2,7 micrómetros (figura 3). Esto muestra una tendencia observada en el proceso donde los minerales hidratados se calientan y pierden agua gradualmente. La energía de calentamiento podría ser suministrada por el plasma del viento solar, los impactos de micrometeoritos o el calor de descomposición de los isótopos radiactivos en las rocas. Esta tendencia había sido predicha por las mediciones de meteoritos, pero esta es la primera vez que se confirma en los asteroides. Muchos asteroides de tipo C muestran esta tendencia, lo que sugiere que los asteroides de tipo C se formaron por la aglomeración de rocas y hielo de agua, luego se produjo una alteración acuosa en el interior de los asteroides para formar minerales hidratados. 

Por otro lado, se consideró que los asteroides rocosos de tipo S no contenían agua, a diferencia de los asteroides de tipo C. En el presente estudio, los minerales hidratados no se detectaron en la mayoría de los tipos S, pero se descubrió recientemente que hay casos excepcionales de algunos asteroides que muestran signos leves de minerales hidratados. Los signos de agua encontrados en tales asteroides de tipo S probablemente no se generaron por alteración acuosa como en los tipos C, sino por colisiones de otros asteroides hidratados, es decir, es el origen exógeno que produjo los minerales hidratados. Ocasionalmente ocurren colisiones de asteroides entre sí. En la etapa inicial de la formación del sistema solar, varios cuerpos pequeños, incluidos los asteroides, eran más grandes que el presente, y los eventos de colisión debían ser más frecuentes. 

Figura 3: la relación entre la profundidad de absorción y la longitud de onda máxima de la absorción más profunda para la característica de alrededor de 2,7 micrómetros en asteroides de tipo C (como se muestra en las flechas verdes de la figura 2). Las diferentes marcas muestran diferencias de subgrupos en los tipos de asteroides de tipo C (según la clasificación taxonómica de Bus-DeMeo). La tendencia de 13 asteroides desde la parte superior derecha a la parte inferior izquierda indicada por la flecha se puede entender en términos del proceso de deshidratación. Cuatro asteroides con los símbolos delgados rojos se desvían de la tendencia general. Se requiere una investigación de seguimiento adicional para comprender la naturaleza de estos valores atípicos. Crédito: Universidad de Kobe

Este estudio ha confirmado la presencia de agua en los asteroides. Los espectros de los asteroides observados muestran patrones comunes. El tamaño y la distancia del sol del asteroide se pueden considerar como factores importantes que hacen las diferencias de los espectros. Para comprender completamente los patrones observados, es necesario acumular observaciones de más asteroides, así como comparar con la medición de los meteoritos recolectados en la Tierra. El Dr. Usui comenta: "Al resolver este enigma, podemos dar un paso significativo hacia la identificación de la fuente de agua de la Tierra y descubrir el secreto de cómo comenzó la vida en la Tierra". 

AKARI completó su operación en noviembre de 2011. Para la próxima oportunidad de realizar la espectroscopia en una longitud de onda de 2,7 micrómetros con un telescopio espacial, tendremos que esperar hasta el lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb por la NASA, programado para 2021. 

Actualmente, el explorador japonés de asteroides Hayabusa2 y el estadounidense OSIRIS-REx están estudiando los asteroides (162173) Ryugu y (101955) Bennu, respectivamente. Cada explorador tiene la capacidad de realizar mediciones en el rango de 2,7 micrómetros para buscar la firma del agua. Las observaciones "in situ" de asteroides con naves espaciales pueden proporcionar información detallada sobre cráteres y topografía, aspectos que los telescopios terrestres y orbitales no pueden revelar. Los resultados actuales ayudan significativamente a aumentar los valores científicos de los datos obtenidos por los exploradores y a comprender las propiedades de los asteroides Ryugu y Bennu en detalle. 

Información de la revista 

Publicación: “Investigación espectroscópica de asteroides AKARI / IRC de infrarrojo cercano: especificación AcuA” 

DOI: 10.1093 / pasj / psy125 

Fuente: Universidad de Kobe,